KR20050088467A - Corrosion detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 굴절율을 측정하여 부식 상태를 나타내는 신호를 얻고 전달하는 부식 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명은 유출물, 예컨대 탄화수소를 수송하는 파이프의 부식 검출에 유리하게 적용될 수 있다. 바람직한 변형에서는, 광섬유를 사용한다.The present invention relates to a corrosion detection apparatus for measuring and obtaining a signal indicating the corrosion state by measuring the refractive index. The invention can be advantageously applied for the detection of corrosion of pipes carrying effluents, such as hydrocarbons. In a preferred variant, optical fibers are used.
본 발명은 부식 상태에 놓인 장치의 여러 실행에 간단함, 정확성 및 용이한 적용 가능성의 이점을 조합한다.The present invention combines the advantages of simplicity, accuracy and easy applicability to the various implementations of the device in a corrosive condition.
[발명의 개요][Overview of invention]
본 발명은 매질에 의하여 유도되는 부식을 검출하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 일단 상기 매질에 의하여 부식되면 상기 매질에 대해 투과성이 되는 재료로 제조된 밀폐 원반에 의하여 밀폐된 챔버 및 상기 챔버내에 존재하는 유체의 굴절율을 측정하기 위한 수단을 포함한다.The present invention relates to an apparatus for detecting corrosion induced by a medium, said apparatus being in a chamber and said chamber enclosed by a hermetically sealed disc made of a material that is once permeable to said medium once corroded by said medium. Means for measuring the refractive index of the fluid present.
측정 수단은 광원 및 광검출기를 포함할 수 있다.The measuring means may comprise a light source and a photodetector.
굴절율 측정 수단은 하나 이상의 광섬유 부분을 포함할 수 있다.The refractive index measuring means may comprise one or more optical fiber portions.
광섬유의 한 말단은 밀폐 원반에 가까이 위치할 수 있다.One end of the optical fiber may be located close to the hermetic disc.
챔버는 공기를 함유할 수 있다.The chamber may contain air.
밀폐 원반은 부식성 매질의 압력을 견디는 지지체에 연결될 수 있다.The hermetic disc can be connected to a support that withstands the pressure of the corrosive medium.
지지체는 매질에 대해 투과성일 수 있다.The support may be permeable to the medium.
장치는 원반의 어느 한쪽 면에서 압력의 균형을 맞추기 위한 수단을 포함할 수 있다.The apparatus may include means for balancing pressure on either side of the disc.
굴절율 측정 수단이 챔버에 포함될 수 있다.Refractive index measuring means may be included in the chamber.
장치는 하기 측정 전달 수단 중 하나를 포함할 수 있다:The apparatus may comprise one of the following measurement delivery means:
- 파(라디오파, 초음속파, 전자기파)-Waves (radio waves, supersonic waves, electromagnetic waves)
- 광섬유-Optical fiber
- 전기 전도체.-Electrical conductors.
본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면을 참조하면서 이하의 비제한적 구체예에 대한 설명을 읽으면 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become apparent upon reading the following non-limiting embodiments with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 2는 본 발명 장치의 원리를 개략적으로 도시한다.1 and 2 schematically illustrate the principle of the inventive device.
도 3은 부식된 상태를 나타내는 신호를 기록하는 예를 도시한다.3 shows an example of recording a signal indicating a corroded state.
도 4A 및 4B는 압력 하에 있는 구조에 장치를 적용하는 예를 도시한다.4A and 4B show an example of applying the device to a structure under pressure.
도 5는 본 발명 검출기의 구체 변형예를 도시한다.5 shows a specific variant of the detector of the invention.
도 6A, 6B 및 6C는 변형예의 작동 원리를 도시한다.6A, 6B and 6C illustrate the principle of operation of the variant.
도 7 및 8은 본 발명 변형예를 도시한다,7 and 8 show a variant of the invention,
도 1은 부식성 액체(2)에 놓인 검출기(1)를 도시한다. 검출기(1)는 하우징의 내부(5)를 외부, 즉 부식성 매질로부터 분리하는 원반(4)에 의하여 밀폐된 하우징(3)을 포함한다. 광섬유(6)를 하우징(3)에 삽입하여 섬유의 말단을 원반(4)에 근접하게 위치시킨다.1 shows a detector 1 placed in a corrosive liquid 2. The detector 1 comprises a housing 3 enclosed by a disc 4 which separates the interior 5 of the housing from the outside, ie the corrosive medium. The optical fiber 6 is inserted into the housing 3 to position the end of the fiber close to the disk 4.
광섬유(6)는 각각 광원(10) 및 광검출기(11)에 연결된 2 개의 광섬유(8 및 9)로 이루어지는 연결기(7)에 연결된다. 광원(10), 예컨대 레이저 다이오드는 하우징(3)의 내부에 존재하는 매질(A)로 섬유(8 및 6)에 의하여 전달되는 광선을 방출한다. 매질(A)은 자신의 특정적인 반사율에 따라 광선을 반사한다. 반사된 광선은 광섬유(6)를 통하여 연결기(7)로 전달되며, 연결기는 반사된 광선을 셀내 존재하는 매질(A)에 의하여 반사된 광선의 강도를 측정하기에 알맞은 광검출기, 예컨대 광다이오드에 연결된 광섬유(9)로 인도한다. 원반(4)이 외부의 부식성 매질에 의하여 공격받거나 또는 부분적으로 파괴되거나 또는 천공되지 않는 한, 반사된 광선의 강도는 일정하게 유지된다. 따라서, 원반의 보존 상태가 검출되고 이것으로부터 원반 상에 부식 효과가 없음을 도출한다. 원반의 재료 및 그 두께의 선택은 부식하의 소정 작동 조건에서의 소정 경계 레벨에 의존할 것이다. 바람직하게는, 원반의 재료는 부식되는 구조의 재료와 동일하다. 원반의 두께는 구조의 부식을 고려하여 장치의 설계시 결정된 허용치보다 작도록 선택하는 것이 바람직하다.The optical fiber 6 is connected to the connector 7 which consists of two optical fibers 8 and 9 connected to the light source 10 and the photodetector 11, respectively. The light source 10, for example a laser diode, emits light transmitted by the fibers 8 and 6 to the medium A present inside the housing 3. The medium A reflects light rays according to their specific reflectance. The reflected light beam is transmitted to the connector 7 through the optical fiber 6, which couples the reflected light beam to a photodetector, such as a photodiode, suitable for measuring the intensity of the light beam reflected by the medium A present in the cell. It leads to the connected optical fiber 9. As long as the disk 4 is not attacked or partially destroyed or perforated by an external corrosive medium, the intensity of the reflected light beam remains constant. Therefore, the preservation state of the disk is detected, which results in no corrosion effect on the disk. The choice of the material of the disc and its thickness will depend on the predetermined boundary level at certain operating conditions under corrosion. Preferably, the material of the disc is the same as the material of the structure to be corroded. The thickness of the disk is preferably chosen to be smaller than the tolerances determined in the design of the device, taking into account the corrosion of the structure.
도 2는 검출기의 작동 원리를 나타내는 부분도이다. 원반(4)은 매질(B)에 의하여 부식되었고, 이로써 일정량의 매질(B)이 원반을 통과하여 셀의 내부(5)에 도달할 수 있었다. 이러한 매질(B')의 양이 충분할 경우, 반사 광선의 강도는 매질 A 및 B(또는 B')의 굴절율이 상이한 한 현저히 변화된다. 따라서, 반사 광선의 강도 변화는 원반(4)의 두께에 해당하는 부식의 정도를 나타낸다.2 is a partial view showing the operating principle of the detector. The disc 4 was corroded by medium B, which allowed a certain amount of medium B to pass through the disc to reach the interior 5 of the cell. If the amount of such medium B 'is sufficient, the intensity of the reflected light is significantly changed as long as the refractive indices of the mediums A and B (or B') are different. Therefore, the change in intensity of the reflected light indicates the degree of corrosion corresponding to the thickness of the disk 4.
도 3은 시간(t)의 함수로서 광다이오드(Ir)에 의하여 받은 신호를 기록한 것을 나타낸다. 측정(IrA) 결과 광섬유의 말단과 접촉하는 매질(A)에서 유래하는 입사 광선의 강도 레벨이 얻어진다. 시간(tc)에서 원반(4)은 매질(B)에 의한 부식의 효과로 천공되었다. 현재의 테스트에서, 매질은 H2SO4 5M 용액이고 사용된 금속 원반은 두께가 50 ㎛이다. 광섬유와의 접촉에서 매질(B)의 침투 후, 광다이오드는 IrA의 강도보다 현저히 낮은 강도인 반사 광선의 강도(IrB)를 측정한다.3 shows the recording of the signal received by the photodiode Ir as a function of time t. As a result of the measurement IrA, the intensity level of the incident light beam originating from the medium A in contact with the end of the optical fiber is obtained. At time tc the disc 4 was perforated with the effect of corrosion by medium B. In the present test, the medium is a H 2 SO 4 5M solution and the metal disk used is 50 μm thick. After penetration of the medium B in contact with the optical fiber, the photodiode measures the intensity IrB of the reflected light, which is significantly lower than that of IrA.
도 4A 및 4B는 부식성 유체가 압력 하에 있는 설비에 사용하기 적당한 본 발명 검출기의 상이한 변형예의 원리를 도식적으로 나타낸 것이다.4A and 4B diagrammatically illustrate the principles of different variations of the detector of the present invention suitable for use in a facility where the corrosive fluid is under pressure.
이 경우, 부식 테스트 원반은 압력 하에 매질(B)와 직접 접촉한다. 따라서, 원반의 표면은 이러한 매질(B)의 압력에 견디어야 한다. 현재, 부식 현상의 검출이 충분히 감지되도록 하기 위하여, 원반의 두께는 일반적으로 본질적으로 압력을 견디기에는 너무 얇다. 하기와 같은 여러가지 계를 생각할 수 있다:In this case, the corrosion test disc is in direct contact with the medium B under pressure. Therefore, the surface of the disc must withstand the pressure of this medium (B). Currently, in order for the detection of corrosion phenomena to be sufficiently sensed, the thickness of the disc is generally too thin to withstand pressure in nature. Several systems can be considered:
- 압력의 균형을 맞추기 위하여 원반의 어느 한쪽에서 동일한 압력을 유지하는 원리,The principle of maintaining the same pressure on either side of the disc to balance the pressure,
- 압력에 견디지만 원반이 일단 부식에 의하여 천공되면 매질(B)이 광섬유를 향하여 유동하도록 충분히 다공성인 지지체 상에 원반을 증착시키는 원리.The principle of depositing the disc on a support that is resistant to pressure but sufficiently porous so that the medium B flows towards the optical fiber once the disc is perforated by corrosion.
도 4A는 압력 하에 부식성 매질(B)을 함유하는 외피의 벽(12)에 검출기를 고정시키는 원리를 예시한다. 검출기는 플랜지(13)에 의하여 벽의 구멍(14)에 고정된다. 부식-감작성 금속으로 제조된 원반(15)은, 원반(15)이 일정한 부식 레벨(피트, 다공성 등)에 도달하자마자 매질(B)이 광섬유(17)의 말단까지 침투하는 매질(B)에 대한 침투성을 갖는 지지체 상(16)에 증착된다. 이 때, 상기 개시한 바와 같이, 섬유의 말단이 위치된 매질의 굴절율이 변화되는데, 이것이 부식의 정도를 알려준다. 지지체(16)는 소결된 금속, 천공된 원반 등일 수 있다. 이러한 지지체의 기능은, 원반(15)의 부식에 의한 천공의 결과 광섬유(17)의 말단까지 매질(B)이 침투될 수 있도록 하면서 압력 하에 유체와 접촉하는 원반을 지지하는 것이다. 물론, 원반(15)이 부식될 경우 밀봉하여 누수를 방지한다.4A illustrates the principle of securing the detector to the wall 12 of the shell containing corrosive medium B under pressure. The detector is fixed to the hole 14 in the wall by the flange 13. The disk 15 made of a corrosion-sensitive metal is placed in a medium B in which the medium B penetrates to the end of the optical fiber 17 as soon as the disk 15 reaches a constant corrosion level (feet, porosity, etc.). It is deposited on a support 16 having permeability to it. At this time, as disclosed above, the refractive index of the medium in which the ends of the fibers are located changes, indicating the extent of corrosion. The support 16 may be a sintered metal, a perforated disc, or the like. The function of this support is to support the disk in contact with the fluid under pressure while allowing the medium B to penetrate to the end of the optical fiber 17 as a result of the perforation by corrosion of the disk 15. Of course, when the disk 15 is corroded to seal to prevent leakage.
도 4B는 얇아서 제한된 압력 내성을 갖지만 부식 레벨의 판정에 적당한 원반(19)의 원리를 개략적으로 도시한다. 검출기는 도 4A의 구체예에서와 같이 장착될 수 있다. 그러나, 이 경우 광섬유(21)의 말단이 위치되어 있는 챔버(20)는 매질(B)에서의 지배적인 압력과 동일한 압력하에 놓인다. 따라서, 챔버(20)는 매질(B)의 압축성에 근접한 압축성을 갖는 유체(A')로 채워지며,유체(A')를 압력하에 두기 위한 수단(23)(예컨대 피스톤, 멤브레인), 매질(B)에서 압력을 갖는 도관(22)을 포함하는 압력 전달 장치를 통하여 가압된다.4B schematically illustrates the principle of a disc 19 which is thin and has limited pressure resistance but suitable for the determination of the corrosion level. The detector may be mounted as in the embodiment of FIG. 4A. However, in this case the chamber 20 in which the end of the optical fiber 21 is located is placed under the same pressure as the dominant pressure in the medium B. Thus, the chamber 20 is filled with a fluid A 'having a compressibility close to the compressibility of the medium B, and means 23 for placing the fluid A' under pressure (e.g. pistons, membranes), medium ( Pressurized through a pressure transmitting device comprising a conduit 22 having a pressure in B).
따라서, 압력은 원반의 어느 쪽에서도 동일하여, 두께를 감소시킬 수 있다. 부식이 원반 제조 재료의 성질 및 두께로 인하여 소정 레벨에 도달할 경우, 매질(B)은 유체(A')를 함유하는 챔버(20)로 유입되고 혼합되어 굴절율의 변화를 야기한다. 또한, 매질(B)에 의하여 오염되자마자 유의적인 굴절율 변화를 거치는 유체(A')를 선택하는 것도 가능하다.Therefore, the pressure is the same on either side of the disk, so that the thickness can be reduced. When the corrosion reaches a certain level due to the nature and thickness of the raw material, the medium B enters the chamber 20 containing the fluid A 'and mixes to cause a change in the refractive index. It is also possible to select a fluid A 'which undergoes a significant change in refractive index as soon as it is contaminated by medium B.
도 5는 본 발명 검출기의 변형예의 원리를 나타낸다. 장치(30)는 매질(B)의 부식성 유체와 접촉하는 구조의 벽(31)에 고정된다. 원반(32)은 검출기의 동체(33)의 말단을 밀폐한다. 다공성 투과성 재료로 제조된 지지체(34)는 매질(B)의 압력 응력하에 원반(32)을 유지한다. 검출기의 동체는 굴절율 변화를 검출하기 위한 "캡슐"(35)을 포함한다. 이 도면에서, 캡슐(35)의 개략적인 도시는 하기 개시되는 도 6A에 도시된 것과 동일하다. 이 캡슐은 참조 번호 36으로 표시되는 전기 전도체, 광섬유, 파(라디오파, 초음속파, 전자기파 등)에 의한 측정 전달 수단을 포함한다. 따라서, 검출기는 변형예에서 임의의 물질 전달 링크를 포함하지 않을 수 있다. 예컨대 소정 부분에서의 두께가 상이한 원반을 사용하거나 또는 부식을 국소적으로 모니터링하기 위하여 동일한 위치에 이들을 배치함으로써, 구조의 부식을 관리하기 위하여 구조 상에 배치되는 검출기의 수를 배가시키는 것이 간단할 것이다.5 shows the principle of a variant of the detector of the invention. The device 30 is fixed to the wall 31 of the structure in contact with the corrosive fluid of the medium B. Disc 32 seals the end of the fuselage 33 of the detector. The support 34 made of porous permeable material holds the disc 32 under pressure stress of the medium B. The fuselage of the detector includes a "capsule" 35 for detecting a change in refractive index. In this figure, the schematic illustration of the capsule 35 is the same as that shown in FIG. 6A, described below. The capsule comprises measurement transmission means by electrical conductors, optical fibers, waves (radio waves, supersonic waves, electromagnetic waves, etc.) indicated by reference numeral 36. Thus, the detector may not include any mass transfer links in the variant. For example, it may be simple to double the number of detectors placed on the structure to manage the corrosion of the structure, by using discs of different thicknesses in certain portions or by placing them at the same location to locally monitor the corrosion. .
도 6A는 광섬유(37)를 수지층(39)에 의하여 캡슐의 기부(38)에 근접하게 유지시키는 캡슐(35)의 원리를 나타낸다. 광원(예컨대 다이오드)은 광섬유를 통하여 기부(38)로 전달되는 광선을 방출한다. 캡슐의 기부(38)는, 부식된 원반(32) 및 다공성 물질(34)을 통하여 흐르는 매질(B)의 유체가 섬유(37)의 말단에서 굴절율의 변화를 유도하도록, 다공성 물질(34)(도 5) 등과 접촉하거나 또는 이웃한다. 이러한 변형은 검출기(41)(에컨대 광다이오드)에 의하여 측정한다. 캡슐은 사용자에게 정보를 전달하기 위하여 예컨대 도 5에 도시된 바와 같은 파를 이용하여 정보를 관리 및 처리하는 전자적 수단(도시되지 않음)도 포함한다.6A illustrates the principle of a capsule 35 that holds the optical fiber 37 close to the base 38 of the capsule by the resin layer 39. A light source (such as a diode) emits light rays that are transmitted to the base 38 through the optical fiber. The base 38 of the capsule allows the fluid of the medium B flowing through the corroded disk 32 and the porous material 34 to induce a change in refractive index at the end of the fiber 37. 5) contact or neighbor with the back. This deformation is measured by detector 41 (e.g. photodiode). The capsule also includes electronic means (not shown) for managing and processing the information, for example using a wave as shown in FIG. 5 to convey the information to the user.
도 6B는 다공성 물질(34)로 유입되는 매질(A') 및 매질(B')로 이루어지는 계면의 사용을 도시한다. 검출기(43)는 광원(46)으로부터 나오는 입사 광선(45)에서 결과하는 반사 광선(44)의 특성을 측정한다. 도 6A의 캡슐의 경우에서와 같이, 캡슐 내부의 전자적 수단은 매질(B')의 굴절율 변화에 대한 정보를 관리하며 이를 사용자에게 전달한다.6B illustrates the use of an interface consisting of medium A 'and medium B' entering porous material 34. Detector 43 measures the properties of reflected light 44 resulting from incident light 45 exiting light source 46. As in the case of the capsule of FIG. 6A, the electronic means inside the capsule manage and convey information about the refractive index change of the medium B 'to the user.
도 6C는 도 1, 2, 4A 및 4B에 의하여 도시된 원리를 취하며, 여기서 검출기는 예컨대 커넥터(51)에 의하여 연결된, 또다른 섬유 길이에 의하여 연속되는 광섬유(50)의 말단을 함유한다. 측정 캡슐(53)은 공급원(54) 및 섬유(50)의 말단에서 굴절율 변화를 측정하기 위한 수단(55)을 포함한다.FIG. 6C takes the principle shown by FIGS. 1, 2, 4A and 4B, wherein the detector contains the ends of the optical fiber 50 which are connected by another fiber length, eg connected by a connector 51. The measuring capsule 53 comprises means 55 for measuring the refractive index change at the end of the source 54 and the fiber 50.
도 7 및 8은 "부식 측정" 기능으로부터 "부식" 기능을 분리하는 유리한 가능성을 사용하여 본 발명의 여러 구체예를 허용하는 부식 검출 장치를 나타낸다.7 and 8 illustrate corrosion detection devices that allow various embodiments of the present invention using the advantageous possibility of separating the "corrosion" function from the "corrosion measurement" function.
도 7은 두 부분(60 및 61)으로 이루어진 부식 검출 장치(30)를 나타낸다. 부분(60)은 구조의 벽(31)에 고정되고 주로 부식 원반(32), 원반 지지체 등(34) 및 연결 수단(63a)에 의하여 광학 링크에 연결되고 원반을 통하여 도입된 유체를 검출할 수 있도록 장착된 광섬유 부분(62)을 포함한다. 따라서, 이 부분(60)은 수동적 소자만을 포함한다.7 shows a corrosion detection device 30 consisting of two parts 60 and 61. The portion 60 is fixed to the wall 31 of the structure and is capable of detecting a fluid which is mainly connected to the optical link and introduced through the disk by means of the corrosion disk 32, the disc support etc. 34 and the connecting means 63a. And an optical fiber portion 62 so as to be mounted. Thus, this part 60 includes only passive elements.
부분(61)은 고정된 부분(60)의 연결 수단(63a)과 공동 작용하는 연결 소자(63b)를 포함하는 측정 및 검출 소자이다. 상기 개시된 바와 같이, 이 부분은 광원 및 굴절율 측정 검출기를 포함한다. 정보는 수단(36) 또는 임의의 다른 등가의 수단에 의하여 사용자에게 이송된다.The part 61 is a measuring and detecting element comprising a connecting element 63b which cooperates with the connecting means 63a of the fixed part 60. As disclosed above, this portion includes a light source and a refractive index detector. The information is conveyed to the user by means 36 or any other equivalent means.
이 구체예는 활성 부분의 용이한 변경(측정, 전달)과 필요에 따라 각각의 고정된 부식 제어 지점에 연결된 단일 측정 장치의 사용을 이점으로 한다.This embodiment benefits from the easy change (measurement, transfer) of the active part and the use of a single measuring device connected to each fixed corrosion control point as required.
도 8은 도 7에 도시된 설계 원리의 또다른 적용이다. 도 7에서와 같이, 동일한 고정 부분(60)은 구조의 벽(31) 상에, 부식을 모니터링하여야 하는 지점에 설치된다. 이 경우, 또다른 벽(64)은 부분(60) 및 측정용 연결 수단(63a)에 대한 직접적인 액세스를 허용하지 않는다. 내부 광섬유(62)에 연결된 광섬유(65)는 제2 벽(64)을 통과하며, 제2 벽(64)에 액세스 가능한 연결 수단(63c)에 연결된다. 확장 광섬유(65)는 내부 섬유(62)와 연속되거나 또는 연결 수단(63b)을 통하여 수단(63a)과 공동 작용할 수 있다. 구조의 부식 상태의 제어 측정을 수행하기 위하여, 측정 부분(61)은 연결 수단(63c)에 연결되어야 한다.FIG. 8 is another application of the design principle shown in FIG. 7. As in FIG. 7, the same fixing part 60 is installed on the wall 31 of the structure at the point where the corrosion should be monitored. In this case, another wall 64 does not allow direct access to the part 60 and the measuring connecting means 63a. The optical fiber 65 connected to the internal optical fiber 62 passes through the second wall 64 and is connected to the connecting means 63c accessible to the second wall 64. The expansion optical fiber 65 may be continuous with the inner fiber 62 or cooperative with the means 63a through the connecting means 63b. In order to carry out a controlled measurement of the corrosion state of the structure, the measuring part 61 must be connected to the connecting means 63c.
도 8의 구체예는 절연 탱크, 선박 이중 선체 등과 같은 이중 벽으로 이루어지는 구조를 모니터링 하는 경우에 사용하는 것이 유리하다.The embodiment of FIG. 8 is advantageously used for monitoring double wall structures such as insulated tanks, ship double hulls and the like.
또한 모든 부식 제어 지점에서 모든 해당 광섬유(65)를 함께 묶어서 이들의 말단(연결 수단 63c)이 단일 위치, 예컨대 제어 캡에 액세스할 수 있게 하는 것도 가능하다.It is also possible to tie all of the corresponding optical fibers 65 together at all corrosion control points so that their ends (connection means 63c) have access to a single location, for example a control cap.
또다른 적용에서는 측정 부분(61)을 폭발 방지 안정 영역 외부에 배치한다.In another application, the measuring portion 61 is placed outside the explosion proof stable area.
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